微流控芯片的制作方法

1.本技术实施例涉及微流控技术领域技术领域，尤其涉及一种微流控芯片。


背景技术：

2.微流控(microfluidics)是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术。微流控芯片又称为芯片实验室(lab
‑
on
‑
a
‑
chip)，其将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。
3.微流控芯片因其易于集成化、自动化、流体可控以及所需样本量小的特点，广泛用于生化分析领域，比如细菌、病毒及蛋白质检测领域等，一定程度上弥补了专业核酸检测设备难以部署非实验室区域的缺陷。
4.微流控芯片通常包括控制流道开关的控制阀，然而现有技术中微流控芯片在控制阀的位置容易出现漏液问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术实施例的目的在于提出一种微流控芯片。
6.第一方面，本技术实施例提供一种微流控芯片，包括至少一个控制阀，所述控制阀包括相对设置的第一芯片层与第二芯片层，以及位于所述第一芯片层和所述第二芯片层之间的弹性膜层和第一连接胶层；所述第一芯片层朝向所述第二芯片层的一侧上设置有依次连通的第一沟道、控制阀腔和第二沟道，所述弹性膜层包括覆盖部和连接部，所述覆盖部覆盖所述控制阀腔，所述连接部位于所述覆盖部的外周，并与所述第一芯片层接触；所述第一连接胶层设置于所述连接部的外周，粘接所述第一芯片层和所述第二芯片层；
7.所述微流控芯片还包括增加所述连接部与所述第一芯片层贴合力的密封结构，所述密封结构设置于所述连接部与所述第一芯片层之间，和/或所述连接部与所述第二芯片层之间。
8.在本技术实施例提供的微流控芯片中，通过设置能够增加连接部与第一芯片层贴合力的密封结构，能够提高连接部对控制阀腔的密封性，提高密封效果，能够有效避免漏液的产生。
9.在一种可能的实施方式中，所述密封结构包括支撑层，所述支撑层设置于所述第二芯片层靠近所述第一芯片层的一侧，且位于所述连接部覆盖的区域；所述连接部在所述支撑层作用下，靠近所述第一芯片层的一侧至少与所述第一连接胶层靠近所述第一芯片层的一侧平齐。
10.在一种可能的实施方式中，所述支撑层为紫外光刻胶固化成型。
11.在一种可能的实施方式中，所述第二芯片层在所述连接部覆盖的区域设置有成型凹槽，所述支撑层设置于所述成型凹槽。
12.在一种可能的实施方式中，所述密封结构包括第一中间层和第二中间层，所述第
一中间层贴合于所述第一芯片层朝向所述第二芯片层的一侧，所述第二中间层贴合于所述第二芯片层朝向所述第二芯片层的一侧；所述第一连接胶层和所述连接部位于所述第一中间层和第二中间层之间；
13.所述弹性膜采用聚二甲基硅氧烷，所述第一中间层和所述第二中间层均包括硅胶、橡胶或者聚二甲基硅氧烷中至少一种。
14.在一种可能的实施方式中，所述密封结构包括第二连接胶层，所述第二连接胶层贴合于所述第一芯片层靠近所述第二芯片层的一侧，且延伸至所述控制阀腔的边缘；所述第一连接胶层设置于所述第二连接胶层远离所述第一芯片层的一侧。
15.在一种可能的实施方式中，所述第一连接胶层和所述第二连接胶层均为双面胶。
16.在一种可能的实施方式中，所述密封结构包括在所述第一芯片层和所述第二芯片层中至少一方设置的密封凹槽，以及在另一方设置的、与所述密封凹槽配合的密封凸起；所述密封凹槽和所述密封凸起相互配合夹设所述连接部。
17.在一种可能的实施方式中，所述密封凹槽大于所述密封凸起。
18.在一种可能的实施方式中，所述密封凹槽的截面形状为半圆形、矩形、正方形、弧形、梯形或三角形。
19.在一种可能的实施方式中，所述密封结构包括所述第一芯片层对应所述连接部设置的第一密封凸起，以及，所述第二芯片层对应所述连接部设置的第二密封凸起；所述第二密封凸起和所述第一密封凸起错开设置。
20.在一种可能的实施方式中，所述第二密封凸起相对于所述第一密封凸起靠近所述控制阀腔。
21.在一种可能的实施方式中，所述第一密封凸起和所述第二密封凸起的截面形状为半圆形、矩形、正方形、弧形、梯形或三角形。
22.在一种可能的实施方式中，所述密封结构包括在所述第一芯片层和所述第二芯片层中的至少一方设置的安装凹槽，以及安装于所述安装凹槽的密封圈，所述安装凹槽和所述密封圈均在与所述连接部对应的区域环绕所述中间槽设置，所述密封圈安装于所述安装凹槽后密封抵压所述连接部。
23.在一种可能的实施方式中，所述安装凹槽包括在所述第一芯片层上设置的第一安装凹槽，以及在所述第二芯片层设置的第二安装凹槽；所述密封圈包括安装于所述第一安装凹槽的第一密封圈，以及安装于第二安装凹槽的第二密封圈。
24.在一种可能的实施方式中，所述第二安装凹槽相对于所述第一安装凹槽靠近所述控制阀腔。
25.在一种可能的实施方式中，所述安装凹槽的截面形状为半圆形、弧形、矩形、正方形、梯形或三角形。
26.在一种可能的实施方式中，所述第二芯片层对应所述控制阀腔设置有安装腔，所述安装腔内设置有驱动所述弹性膜层动作的作用件。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为相关技术提供的一种微流控芯片的爆炸图；
29.图2为图1中微流控芯片的截面图；
30.图3为本技术实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；
31.图4为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图；
32.图5为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图；
33.图6为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的爆炸图；
34.图7为图6中微流控芯片的截面图；
35.图8为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的截面图；
36.图9为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的截面图；
37.图10为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的爆炸图；
38.图11为图10中微流控芯片的截面图。
39.附图标记说明：
[0040]1‑
第二芯片层、101
‑
安装腔、2
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弹性膜层、3
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第一芯片层3、31
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第一沟道、32
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控制阀腔、33
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第二沟道、4
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第一连接胶层、5
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支撑层、6
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第一中间层、7
‑
第二中间层、8
‑
第二连接胶层、9
‑
密封凹槽、10
‑
密封凸起、11
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第一密封凸起、12
‑
第二密封凸起、13
‑
第一安装凹槽、14
‑
第二密封圈、15
‑
第一密封圈、16
‑
第二安装凹槽。
具体实施方式
[0041]
图1为相关技术提供的一种微流控芯片的爆炸图，图2为图1中微流控芯片的截面图，如图1和图2所示，该微流控芯片包括至少一个控制阀，控制阀包括第一芯片层3、第二芯片层1、弹性膜层2和第一连接胶层4，第一芯片层3和第二芯片层1相对设置，以图1和图2所示方位为例，第一芯片层3位于第二芯片层1的下方，也就是说，第一芯片层3为下层芯片，第二芯片层1为上层芯片。
[0042]
第一芯片层3和第二芯片层1为板状结构，通常采用聚碳酸酯(polycarbonate，缩写pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，缩写pmma)或丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene，缩写abs)等材料中的至少一种制作，第一芯片层3朝向第二芯片层1的一侧设置有控制阀腔32，以及，第一沟道31和第二沟道33，第一沟道31和第二沟道33均与控制阀腔32连通。
[0043]
弹性膜层2通常为采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，缩写pdms)制作的弹性膜结构，设置于第一芯片层3和第二芯片层1之间，根据相对于控制阀腔32的位置，弹性膜层2分为覆盖控制阀腔32的覆盖部和位于覆盖部外周的连接部，连接部与控制阀腔32边缘的第一芯片层3和第二芯片层1接触，在第一芯片层3和第二芯片层1之间夹紧力的作用下进行夹紧固定。
[0044]
第一连接胶层4设置于第一芯片层3和第二芯片层1之间，且位于连接部的外周，用于粘接第一芯片层3和第二芯片层1。第一芯片层3和第二芯片层1在第一连接胶层4的作用下夹紧弹性膜层2；第一连接胶层4可以为双面胶。
[0045]
弹性膜层2在无其他作用力的状态下远离控制阀腔32，第一沟道31和第二沟道33
通过控制阀腔32连通；第二芯片层1对应控制阀腔32设置有安装腔101，安装腔101设置有作用件，作用件在安装腔101中运动能够驱动弹性膜层2发生弹性形变，弹性膜层2发生弹性形变进入控制阀腔32并对控制阀腔32进行堵塞，从而实现第一沟道31与第二沟道33之间的断开；在作用件不工作时，弹性膜层2在自身弹性力的作用下远离控制阀腔32，从而连通位于控制阀腔32两侧的第一沟道31和第二沟道33。
[0046]
在上述微流控芯片使用过程中，容易在控制阀腔32外侧出现漏液的问题，经过分析发现，弹性膜层2(pdms)与第一芯片层3(pc、pmma、abs等)之间由于材料差异，无法实现完全密封。当液体通过第一沟道31或第二沟道33进入控制阀腔32后，有可能将弹性薄膜与第一芯片层3撑开，从而造成漏液，影响正常使用。
[0047]
鉴于此，本技术实施例提供了一种微流控芯片，该微流控芯片设置有能够增加连接部与第一芯片层3贴合力的密封结构，从而提高连接部对控制阀腔32的密封性，提高密封效果，能够有效避免漏液的产生。
[0048]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0049]
图3为本技术实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图，如图3所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括成型凹槽和支撑层5，成型凹槽设置在第二芯片层1与连接部相对的位置，在成型凹槽中采用固化前后体积变化较小的填充材料进行填充形成支撑层5，填充材料可以为紫外光刻胶。弹性膜层2远离第一芯片层3的一侧与支撑层5贴合，支撑层5与弹性膜层2胶黏配合，且支撑层5的厚度应使连接部靠近第一芯片层3的一侧至少与第一连接胶层4靠近第一芯片层3的一侧平齐。
[0050]
此处至少平齐是指，连接部靠近第一芯片层3的一侧与第一连接胶层4靠近第一芯片层3的一侧平齐，或者，连接部靠近第一芯片层3的一侧，相较于第一连接胶层4靠近第一芯片层3的一侧更靠近第一芯片层3，也就是说，超出第一连接胶层4一定距离。
[0051]
在本技术实施例中，密封结构采用支撑层5补偿弹性膜层2与第一连接胶层4在靠近第一芯片层3一侧的高度差，通过支撑层5将弹性膜层2抵压于第一芯片层3，能够使连接部与第一芯片层3紧密接触，增加弹性膜层2与第一连接胶层4之间的密封性，避免漏液现象的发生。
[0052]
另外，弹性膜层2远离第一芯片层3的一侧与支撑层5通过胶黏增加密封效果。当液体流入后，若要渗漏需要通过大量有胶粘合的部分，减少漏液的可能性。避免控制阀腔32的液体泄漏至上方区域。
[0053]
在可能的实施方式中，密封结构可以仅包括支撑层5，也就是说可以不设置成型凹槽，在第二芯片层1的一侧直接成型支撑层5，支撑层5与弹性膜层2胶黏配合，且支撑层5的厚度应使连接部靠近第一芯片层3的一侧至少与第一连接胶层4靠近第一芯片层3的一侧平齐。
[0054]
图4为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图，如图4所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括第一中间层6和第二中间层7，第一中间层6为贴合于第一芯片层3朝向第二芯片层1的一侧的层状结构，第二中间层7为贴合于第二芯片层1朝向第
二芯片层1的一侧的层状结构；第一连接胶层4和连接部位于第一中间层6和第二中间层7之间。也就是说，第一中间层6和第二中间层7均自控制阀腔32的边缘延伸至第一连接胶层4远离控制阀腔32的边缘。
[0055]
通过上文描述可知，弹性膜层2采用聚二甲基硅氧烷，而在本实施例中，第一中间层6和第二中间层7均包括硅胶、橡胶或者聚二甲基硅氧烷中至少一种。由于第一中间层6和第二中间层7所采用的上述材料与弹性膜层2采用相同类型的材料，经过加热固化后能够大幅度提高粘接力和密封性，从而可以较大程度上减少漏液。
[0056]
在可能的实施方式中，第一中间层6和第二中间层7采用与弹性膜层2相同的材料。
[0057]
图5为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图，如图5所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括第二连接胶层8，第二连接胶层8贴合于第一芯片层3靠近第二芯片层1的一侧，且延伸至控制阀腔32的边缘；第一连接胶层4设置于第二连接胶层8远离第一芯片层3的一侧。
[0058]
第二连接胶层8用于粘接第一连接胶层4、连接部和第一芯片层3，可以采用与第一连接胶层4相同的材料，例如，第一连接胶层4采用双面胶时，第二连接胶层8和第二连接胶层8也采用双面胶。
[0059]
通过设置第一连接胶层4和第二连接胶层8。能够实现二次封接，液体流入后，需要通过较长路径才能引起泄漏，从而提高密封效果，改善泄露问题。
[0060]
图6为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的爆炸图，图7为图6中微流控芯片的截面图，如图6和7所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括密封凹槽9和密封凸起10，第一芯片层3在与连接部对应的位置，设置有开口朝向第二芯片层1的密封凹槽9；第二芯片层1在与连接部对应的位置，设置有朝向第一芯片层3延伸的密封凸起10；组装时，密封凸起10与密封凹槽9相对，且密封凸起10伸入密封凹槽9中，将弹性膜层2夹设在密封凸起10与密封凹槽9之间，密封凸起10和密封凹槽9与弹性膜层2的配合，能够实现对弹性膜层2的密封效果。
[0061]
密封凹槽9的截面形状可以为半圆形、矩形、正方形、弧形、梯形或三角形等。在图6和图7所示的实施方式中，密封凹槽9的截面形状为三角形。在可能的实施方式中，密封凹槽9应略大于密封凸起10，从而能够更好的容置弹性膜层2。
[0062]
图8为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的截面图，如图8所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括密封凹槽9和密封凸起10，与图6和图7所示实施方式的区别在于，密封凹槽9设置于第二芯片层1，密封凸起10设置于第一芯片层3，其他内容可参考上文描述，此处不再赘述。
[0063]
图9为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的截面图，如图9所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括第一密封凸起11和第二密封凸起12，第一密封凸起11设置于第一芯片层3与连接部对应的位置，且自第一芯片层3朝向第二芯片层1延伸，在组装时，第一密封凸起11将弹性膜层2抵压于第二芯片层1；第二密封凸起12设置于第二芯片层1与连接部对应的位置，且自第二芯片层1朝向第一芯片层3延伸，在组装时，第二密封凸起12将弹性膜层2抵压于第一芯片层3；第一密封凸起11和第二密封凸起12错开设置。
[0064]
第一密封凸起11和第二密封凸起12的截面形状为半圆形、矩形、正方形、弧形、梯形或三角形。例如在本实施例中，第一密封凸起11和第二密封凸起12的截面形状均为三角
形。
[0065]
通过设置第一密封凸起11和第二密封凸起12，可以实现对弹性膜层2的双重密封，从而提高密封效果，在可能的实施方式中，可以在同一芯片层设置两个或两个以上的密封凸起，或者在两个芯片层设置两个以上的密封凸起。
[0066]
在一种可能的实施方式中，第二密封凸起12相对于第一密封凸起11靠近控制阀腔32，如此设计，使得抵压于第一芯片层3的密封位置靠近控制阀腔32，可以进一步提高弹性膜层2与第一芯片层3之间的密封效果，改善漏液问题。
[0067]
图10为本技术实施例提供的另一种微流控芯片的爆炸图，图11为图10中微流控芯片的截面图，如图10和图11所示，在该微流控芯片的控制阀中，密封结构包括第一安装凹槽13和第一密封圈15，以及，第二安装凹槽16和第一密封圈15。第一安装凹槽13、第二安装凹槽16、第一密封圈15和第二密封圈14均在控制阀腔32的外周环绕控制阀腔32设置。
[0068]
第一安装凹槽13设置于第一芯片层3与连接部对应的位置，第一密封圈15设置于第一安装凹槽13中，并在安装于第一安装凹槽13后露出，露出部分将弹性膜层2抵压于第二芯片层1。第二安装凹槽16设置于第二芯片层1与连接部对应的位置，第二密封圈14设置于第二安装凹槽16中，并在安装于第二安装凹槽16后露出，露出部分将弹性膜层2抵压于第一芯片层3。
[0069]
如图10所示，第一安装凹槽13与第二安装凹槽16相对设置，第一密封圈15和第二密封圈14相对设置，通过设置两组相对的密封圈，在弹性膜层2与第一芯片层3之间，以及弹性膜层2与第二芯片层1之间均形成密封结构，从而可以提高密封性，减少泄漏。
[0070]
在可能的实施方式中，第二安装凹槽16相对于第一安装凹槽13靠近控制阀腔32。如此设计，使得抵压于第一芯片层3的密封位置靠近控制阀腔32，可以进一步提高弹性膜层2与第一芯片层3之间的密封效果，改善漏液问题。
[0071]
第一安装凹槽13和第二安装凹槽16的截面形状可以为半圆形、弧形、矩形、正方形、梯形或三角形。第一密封圈15和第二密封圈14可以为o形圈、v形圈、矩形圈、楔形圈、x形圈、l形圈或者u形圈等。
[0072]
图10和图11中以在弹性膜层2的两侧均设置有安装凹槽和密封圈为例进行描述，但是本技术实施例并不局限于此，例如，在可能的实施方式中，安装凹槽和密封圈仅设置于弹性膜层2与第一芯片层3之间，或者仅设置于弹性膜层2与第二芯片层1之间；在另一种可能的实施方式中，在弹性膜层2与第一芯片层3之间可以设置两个及两个以上的安装凹槽与密封圈，或/和，在弹性膜层2与第二芯片层1之间可以设置两个及两个以上的安装凹槽与密封圈.
[0073]
需要说明的是，上述不同实施方式中的密封凸起、密封凹槽和安装凹槽均在加工精度允许的情况下尽可能靠近控制阀腔31。
[0074]
第二芯片层1设置有安装腔101，安装腔101内设置有作用件，作用件在安装腔101中运动驱动弹性膜层2动作。作用件与控制阀的类型相对应，例如，控制阀可以为电磁控制阀，作用件为设置于安装腔101的在电磁铁作用下运动的铁块；控制阀可以为凸轮轴压杆阀，作用件为能够在凸轮轴驱动下在安装腔中运动的滑块；控制阀可以为气压驱动阀，作用件为在气压驱动下能够在安装腔中运动的滑块；控制阀还可以为电热膨胀阀，作用件为在高温下发生形变的热膨胀件。
[0075]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0076]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0077]
此外，上文所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0078]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。